Mokslo sriuba fizikai: nuo kvantų iki Visatos likimo
Fizika - mokslas, nuolat stebinantis ir verčiantis permąstyti nusistovėjusius įsitikinimus. Kaip teigė danų fizikas Nilsas Boras, „Tie, kurie nėra šokiruoti, kai pirmą kartą susiduria su kvantine teorija, negali to suvokti“. Šiame mokslo sriubos straipsnyje panagrinėsime įvairius fizikos aspektus - nuo kvantinio pasaulio subtilybių iki Visatos likimo prognozių, apžvelgdami naujausius atradimus ir intriguojančius klausimus, kurie vis dar laukia atsakymų.
Kvantinė mechanika: realybės suvokimo iššūkis
Kvantinė mechanika, vienas iš kertinių šiuolaikinės fizikos akmenų, dažnai meta iššūkį mūsų intuicijai ir kasdieniam patyrimui. Ši teorija aprašo materijos ir energijos elgesį atominiame ir subatominiame lygyje, atskleisdama reiškinius, kurie prieštarauja klasikinei fizikai.
Kvantinis susiejimas ir kubitai
Vienas iš įdomiausių kvantinės mechanikos aspektų yra kvantinis susiejimas (angl. quantum entanglement). Įsivaizduokime du kubitus (kvantinius bitus), kurie yra kvantiškai susieti tarpusavyje. Pamatavus vieno kubito būseną, akimirksniu sužinoma kito kubito būsena, nepriklausomai nuo atstumo tarp jų. Šiuo saitu galima manipuliuoti iš karto su daugeliu kubitų. Vos devyni kubitai, susieti ir laikomi superpozicijoje, gali tuo pačiu metu būti bet kuriuo skaičiumi nuo 0 iki 512. Jie gali atlikti daugybę skaičiavimo operacijų vienu metu. Šis reiškinys yra esminis kvantinių kompiuterių veikimo principas.
Kvantiniai kompiuteriai: naujos skaičiavimo galimybės
Kvantiniai kompiuteriai, paremti kvantinio susiejimo ir superpozicijos principais, žada revoliuciją skaičiavimo srityje. Jei sujungsime kelis šimtus kubitų, gausime daugiau skaičių, negu yra atomų mūsų matomoje Visatoje. Jie potencialiai gali išspręsti problemas, kurios yra neįveikiamos klasikiniams kompiuteriams, pavyzdžiui, sudėtingų molekulių modeliavimą, naujų vaistų kūrimą ir kriptografinių kodų laužymą.
Kanadiečių kompanija „D-Wave Systems“ savo veiklą pradėjo dar 1999 m. ir pirmoji ėmė gaminti kvantinius kompiuterius. Per septyniolika metų ji subūrė stiprią komandą ir šiuo metu turi daugiau nei 100 JAV patentų. 2010 m. jie rinkai pristatė pirmąjį kvantinį kompiuterį „D-Wave One“. Jis turėjo net 128 kubitus. Kitų laboratorijų kuriami kubitų procesoriai yra gerokai kuklesni, tad daugelis mokslininkų suabejojo, ar kompanijai išties pavyko tai pasiekti. Tuo tarpu kompiuterio kūrėjai sako, kad norint išmatuoti ir patikrinti visus kubitus, kompiuteris virstų kvantinės fizikos eksperimentiniu įrenginiu. O įmonė susitelkusi į jo naudojimą kaip kompiuterį naudingiems skaičiavimams atlikti.
Taip pat skaitykite: Pinigų spausdinimo technologijos ateitis
Fizika ir Visata: nuo žvaigždžių iki galaktikų susidūrimų
Fizika neapsiriboja tik atominiu pasauliu. Ji taip pat padeda mums suprasti Visatos struktūrą, evoliuciją ir joje vykstančius procesus.
Žvaigždžių gyvenimo ciklas
Žvaigždės, kosminiai šviesuliai, Visatoje egzistuoja ribotą laiką, kuris priklauso nuo jų masės. Jau prieš 110 metų (t. y. 1913 m.) mokslininkai E. Hertzsprung ir H. N. Šiuo metu mes galime stebėti milijardus žvaigždžių, ir visų jų likimai paklūsta fizikos dėsniams. Tipiškai žvaigždžių „gyvybės laikas“ ar egzistavimas stabilioje būsenoje yra nuo 10000 iki 10 milijardų Žemės metų. Tai priklauso tik nuo pradinės žvaigždės masės. Kuo didesnė, tuo greičiau „išdega“. Žvaigždžių evoliucija apima įvairias stadijas - nuo dujų ir dulkių debesies susitraukimo iki branduolinės sintezės įsižiebimo, virstant raudonąja milžine ar supermilžine, ir galiausiai - baltąja nykštuke, neutronine žvaigžde arba juodąja skyle.
Galaktikų susidūrimai: kosminiai šokiai
Visata nuolat keičiasi, o vienas iš dramatiškiausių reiškinių yra galaktikų susidūrimai. - Šiuo metu mūsų gimtoji Paukščio Tako galaktika ir artimiausia didelė galaktika Andromeda juda viena į kitą 110 km/s greičiu. Bet atstumas yra gana didelis - 2,5 šviesmečių. Susidūrimas įvyks po 4,5 milijardų Žemės metų. Susidūrusios dvi galaktikos sukurs naują darinį - elipsinę galaktiką (nors prieš tai abi buvo spiralinės). Tai truks kelis milijardus metų. Įdomu, kaip pasielgs supermasyvios abiejų galaktikų juodosios bedugnės (mūsų galaktikos centre yra 4.2 milijonų Saulės masių juodoji bedugnė, o Andromedos - 230 milijonų Saulės masių), kai jos susilies - greičiausiai tai bus labai įspūdingas reginys, jo metu pasklis labai stiprios gravitacinės bangos. Atomo branduolys tuo momentu gali „išsitempti iki metro dydžio“, bet gravitacinės bangos nuo epicentro sparčiai slopsta. Bet kokiu atveju, galaktikų susidūrimo rezultatas bus nauja elipsinė galaktika. Yra paskaičiuota, kad mūsų Saulės sistema gali būti nusviesta ganėtinai toli už naujos galaktikos ribų, bet tai ne tragedija, nes mes priklausomi tik nuo Saulės. Kitas dalykas yra tai, kad mūsų mylima ir gimtoji Saulė po 5 milijardų metų pradės mirti. Nors galaktikų susidūrimai gali atrodyti katastrofiški, jie yra natūralus Visatos evoliucijos procesas, skatinantis naujų žvaigždžių formavimąsi ir galaktikų transformaciją.
Visatos plėtimasis ir likimas
Šiuolaikinė kosmologija teigia, kad Visata nuolat plečiasi. Kuo tolesni objektai, tuo mes juos matome senesnius - artimiausią žvaigždę mes matome, kokia ji buvo prieš 4,4 metų, artimiausią Andromedos galaktiką matome jai buvus prieš 2,5 mln. Tolimiausias ir seniausias objektas ar reiškinys, kokį galime stebėti - tai reliktinė spinduliuotė. Populiariai kalbant - tai Didžiojo sprogimo aidas, pasiekęs mus iš 13,8 mlrd. metų senumo laikotarpio. Ateities Visatos likimas priklauso nuo daugelio faktorių, įskaitant tamsiosios energijos kiekį ir savybes. Mokslininkai modeliuoja įvairius Visatos pabaigos scenarijus, tačiau tikslus likimas vis dar nežinomas. Viskas vyksta laike, viskas visada turi pradžią ir pabaigą. Net Visatos pabaiga yra modeliuojama, tiesa dar neaišku kaip ji pasielgs, bet net skirtingi scenarijai yra žinomi.
Fizika ir Žemė: nuo mantijos iki neutrinų
Fizika taip pat padeda mums suprasti mūsų planetos sandarą ir procesus, vykstančius joje.
Taip pat skaitykite: Mokslo populiarinimas pasaulyje
Žemės mantija ir šilumos srautas
Žemės mantija, sluoksnis tarp plutos ir branduolio, yra sudaryta iš silikatinių uolienų. „Tas klausimas, kokia yra sudėtis būtent mūsų [Žemės - aut. pastaba] mantijos yra didelis klausimas vis dar. Yra daug skirtingų modelių, tarp kurių geologai nelabai sutaria. Taip pat vienas didelių klausimų, dėl kurių geologai nesutaria, tai yra, kiek karščio, kiek spinduliuotės vis dar Žemė išleidžia“, tad būtent siekdami padėti geologams atsakyti į šiuos klausimus, pasak I. Mokslininkai naudoja įvairius metodus, įskaitant seisminius tyrimus ir modeliavimą, kad nustatytų mantijos sudėtį ir savybes. Taip pat svarbu nustatyti, kiek karščio ir spinduliuotės Žemė vis dar išleidžia, nes tai padeda suprasti planetos vidinę dinamiką ir evoliuciją.
Neutrinai: paslaptingos dalelės
Neutrinai yra labai mažos masės dalelės, kurios atsiranda skylant radioaktyviosioms medžiagoms atominėse elektrinėse, žemės gelmėse, saulėje ir t.t. Šios dalelės labai nemėgsta „bendrauti“, tad vienintelis būdas, kaip jas galima pamatyti - kai jos susiduria su kitomis dalelėmis. Tai vyksta didžiuliuose 2 km po žeme esančiuose apvaliuose detektoriuose, kuriuose dirbti tenka ir I. Sudbury neutrinų observatorijos (Sudbury Neutrino Observatory) detektorius. Šių dalelių tyrimai gali suteikti vertingos informacijos apie Visatos sandarą ir elementariųjų dalelių fiziką.
Mokslo populiarinimas: "Mokslo sriuba"
Siekdama sudominti visuomenę mokslu ir fizika, ne pelno siekianti jaunų žmonių iniciatyva „Mokslo sriuba“ kuria ir transliuoja laidas, kuriose suprantamai ir įdomiai pristatomi įvairūs mokslo klausimai. TV laida „Mokslo sriuba“ - tai ne pelno siekianti jaunų žmonių iniciatyva populiarinti mokslą visuomenėje. „Mokslo sriubą“ galima ragauti kas antrą trečiadienį 22:00 val. per LRT Kultūros kanalą. „Mokslo sriuba“ kuriama bendradarbiaujant su Baltijos pažangių technologijų institutu. „Mokslo sriubą“ galima ragauti kiekvieną sekmadienį 12.30 val. Laidos apima platų spektrą temų - nuo kvantinės fizikos iki astronomijos ir geologijos.
"Mokslo sriuba" pristato išskirtinį interviu su šiuolaikinės fizikos pasaulio ikona, futuristu ir mokslo populiarintoju, bestselerių autoriumi, stygų teorijos bendrakūrėju ir visko teorijos tyrinėtoju, Niujorko universiteto profesoriumi Michio Kaku. Pasak profesoriaus Michio Kaku, dabar žinomus visatos dėsnius - beveik visko teoriją - galima užrašyti ant vieno popieriaus lapo. Vienoje eilutėje yra Einšteino bendrasis reliatyvumo principas, o po to dar kelios eilutės, skirtos standartiniam modeliui. Problema, kad šios dvi teorijos nepalaiko viena kitos bei yra grindžiamos skirtingais principais ir matematika.Todėl jam ir rūpi rasti metaforinę bambagyslę tarp mūsų kūdikiškos visatos, kai ji gimė iš galimai daugialypės visatos, bei parašyti subalansuotą pasakojimą apie fizikų bendruomenės siekį įrodyti Stygų teoriją. Ir taip išspręsti problemą: netvarkingą reliatyvumo teoriją susieti su netobulu subatominių dalelių standartiniu modeliu į vieną elegantišką Visko teoriją. Interviu paėmė vedėja, fizikė teoretikė dr.
Taip pat skaitykite: Renginiai Molėtuose: „Mokslo sriuba“
tags: #mokslo #sriuba #fizikai